FR2771215A1 - Travelling wave tube collector structure design - Google Patents
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Abstract
Description
STRUCTURE DE COLLECTEUR DE TUBE A ONDE PROGRESSIVE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un collecteur d'un tube à onde progressive.PROGRESSIVE WAVE TUBE COLLECTOR STRUCTURE
Field of the invention
The present invention relates to a collector of a traveling wave tube.
Arrière-plan de l'invention
Les figures 4 à 6 sont des vues en coupe longitudinale de tubes à onde progressive classiques.Invention background
Figures 4 to 6 are longitudinal sectional views of conventional traveling wave tubes.
Plus spécialement, la figure 4 représente un tube de type à refroidissement par conduction, la figure 5 un tube de type à refroidissement par air forcé et la figure 6 représente un tube de type à refroidissement par eau.More specifically, Figure 4 shows a type of tube with conduction cooling, Figure 5 a type of tube with forced air cooling and Figure 6 shows a tube of type with water cooling.
La figure 7 représente une vue en coupe longitudinale d'un collecteur classique, tandis que la figure 8a est une vue en coupe transversale d'une autre structure illustrative d'un collecteur classique et la figure 8b est une vue en coupe longitudinale de la figure 8a. La figure 9 représente une version à deux étages du collecteur illustré à la figure 8. Plus spécialement, les figures 9a et 9b sont, respectivement, une vue en coupe transversale et une vue en coupe longitudinale du collecteur. Figure 7 shows a longitudinal sectional view of a conventional manifold, while Figure 8a is a cross-sectional view of another illustrative structure of a conventional manifold and Figure 8b is a longitudinal sectional view of the figure 8a. Figure 9 shows a two-stage version of the manifold illustrated in Figure 8. More specifically, Figures 9a and 9b are, respectively, a cross-sectional view and a longitudinal sectional view of the manifold.
Parmi les dispositifs qui réalisent l'amplification des micro-ondes, en utilisant un faisceau d'électrons, il existe un tube à onde progressive utilisé comme une station relais pour des micro-ondes et pour les télécommunications par satellite. Among the devices that carry out microwave amplification, using an electron beam, there is a traveling wave tube used as a relay station for microwaves and for satellite telecommunications.
En référence aux figures 4 à 6, un tube à onde progressive comprend un canon à électrons 23 pour rayonner un faisceau d'électrons 24, un circuit à onde de retard 25 pour produire une interaction entre le faisceau d'électrons 24 et la micro-onde d'entrée, un collecteur 26 pour collecter le faisceau d'électrons 24 et un dispositif de convergence de faisceau 27 pour faire converger le faisceau d'électrons 24. With reference to FIGS. 4 to 6, a traveling wave tube comprises an electron gun 23 for radiating an electron beam 24, a delay wave circuit 25 for producing an interaction between the electron beam 24 and the micro- input wave, a collector 26 for collecting the electron beam 24 and a beam convergence device 27 for converging the electron beam 24.
Le faisceau d'électrons 24 émis par le canon à électrons 23 traverse le circuit à onde de retard 25 pour amplifier un signal et il est collecté par le collecteur 26. A ce moment là, l'énergie cinétique du faisceau d'électrons 24 intercepté par le collecteur 26 est convertie en énergie thermique pour élever la température d'une électrode collectrice 28. The electron beam 24 emitted by the electron gun 23 crosses the delay wave circuit 25 to amplify a signal and it is collected by the collector 26. At this time, the kinetic energy of the electron beam 24 intercepted by the collector 26 is converted into thermal energy to raise the temperature of a collecting electrode 28.
Pour cette raison, la chaleur générée dans l'électrode collectrice 28 doit être évacuée vers l'extérieur. Parmi les procédés d'évacuation de la chaleur, il existe un collecteur de type à refroidissement par conduction 31 pour évacuer la chaleur provenant d'une plaque de base 30 vers un dissipateur thermique 29, tel que représenté à la figure 4, un collecteur de type à refroidissement par air forcé 33 en prévoyant une ailette 32 sur la périphérie extérieure du collecteur pour faire circuler l'air sur celui-ci pour évacuer la chaleur, comme illustré à la figure 5, et un collecteur de type à refroidissement par eau 35 en prévoyant un tuyau refroidi par eau traversé par l'eau pour évacuer la chaleur du collecteur, comme illustré à la figure 6. For this reason, the heat generated in the collecting electrode 28 must be removed to the outside. Among the heat removal methods, there is a conduction-cooling type collector 31 for dissipating the heat coming from a base plate 30 towards a heat sink 29, as shown in FIG. 4, a heat collector forced air cooling type 33 by providing a fin 32 on the outer periphery of the manifold to circulate the air thereon to remove the heat, as illustrated in FIG. 5, and a manifold of the water cooling type 35 by providing a water-cooled pipe through which the water flows to remove the heat from the collector, as shown in Figure 6.
Pour augmenter l'efficacité du tube à onde progressive, un procédé connu comme procédé d'abaissement du potentiel du collecteur est utilisé. To increase the efficiency of the traveling wave tube, a method known as a method of lowering the potential of the collector is used.
Ce procédé consiste à abaisser progressivement le potentiel appliqué aux bornes de l'électrode collectrice 28 par rapport au circuit à onde de retard 25 pour abaisser la vitesse du faisceau d'électrons 24 venant heurter le collecteur pour diminuer l'énergie générée dans l'électrode collectrice 28. A cette fin, on prévoit un élément en céramique cylindrique 36 pour maintenir l'isolation entre le collecteur 26 et le circuit à onde de retard 25 contre la haute tension.This method consists in gradually lowering the potential applied to the terminals of the collecting electrode 28 with respect to the delay wave circuit 25 to lower the speed of the electron beam 24 striking the collector to reduce the energy generated in the electrode. collector 28. To this end, a cylindrical ceramic element 36 is provided to maintain the insulation between the collector 26 and the delay wave circuit 25 against the high voltage.
En référence à la figure 7, la structure de collecteur d'un tube à onde progressive classique comprend une enveloppe isolante 37 en céramique, etc. pour isoler l'électrode collectrice 28, formée de cuivre, de molybdène ou de graphite, etc., pour maintenir le vide et l'étanchéité à l'air, une plaque de base 30 pour supporter l'électrode collectrice 28 et faire passer la chaleur générée dans l'électrode collectrice 28 par l'élément isolant pour évacuer la chaleur vers l'extérieur et un élément en céramique cylindrique 36 pour assurer l'isolation par rapport au circuit à onde de retard. Ces composants sont habituellement raccordés entre eux par brasage ou soudage, etc. Cette structure est appelée collecteur de type à isolation extérieure 38. With reference to FIG. 7, the collector structure of a conventional traveling wave tube comprises an insulating envelope 37 made of ceramic, etc. to isolate the collecting electrode 28, formed of copper, molybdenum or graphite, etc., to maintain the vacuum and the air tightness, a base plate 30 to support the collecting electrode 28 and pass the heat generated in the collecting electrode 28 by the insulating element to evacuate the heat to the outside and a cylindrical ceramic element 36 to insulate with respect to the delay wave circuit. These components are usually connected together by soldering or welding, etc. This structure is called an external insulation type collector 38.
Dans le collecteur décrit précédemment, il existe des cas où l'électrode collectrice est déplacée dans le sens axial, en raison de vibrations mécaniques ou de chocs. Cette déviation de position conduit parfois à des changements dans la position de collision du faisceau d'électrons pour dégager les gaz ou pour conduire à une quantité accrue d'électrons rétrogressifs pour augmenter le courant hélicoïdal du tube à onde progressive, menant parfois à la destruction de l'ampoule du tube. In the collector described above, there are cases where the collector electrode is moved in the axial direction, due to mechanical vibrations or shocks. This positional deviation sometimes leads to changes in the collision position of the electron beam to release gases or to lead to an increased amount of retrogressive electrons to increase the helical current of the traveling wave tube, sometimes leading to destruction of the tube bulb.
De même, dans une telle structure de collecteur, un problème a été soulevé selon lequel les composantes
HF (mode TEM) du faisceau d'électrons incident sur le collecteur sont sujets à des fuites HF à travers une ligne d'alimentation de collecteur. Similarly, in such a collector structure, a problem has been raised that the components
HF (TEM mode) of the electron beam incident on the collector are subject to HF leakage through a collector supply line.
Le document de brevet japonais Kokai JP-A-2-101454 (1990) illustre une structure dans laquelle l'électrode collectrice 28 est supportée par plusieurs éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur 40 disposés entre l'électrode collectrice 28 et l'enveloppe extérieure 41 pour améliorer la résistance aux vibrations et la résistance aux chocs, tout en maintenant des caractéristiques de tenue en tension, comme indiqué aux figures 8a et 8b. Cette structure est appelée collecteur de type à isolation interne 39. Japanese patent document Kokai JP-A-2-101454 (1990) illustrates a structure in which the collector electrode 28 is supported by several vertical ceramic heat-conducting elements 40 disposed between the collector electrode 28 and the outer casing 41 to improve resistance to vibration and impact resistance, while maintaining tensile strength characteristics, as shown in Figures 8a and 8b. This structure is called an internally insulated type collector 39.
Dans ce type de collecteur, l'enveloppe extérieure 41, l'électrode collectrice 28 et les éléments en céramique verticaux fortement conducteurs de chaleur 40 sont fixés en position en déformant l'enveloppe extérieure 41, par exemple par moulage à pression. Si, dans cette structure, plusieurs électrodes collectrices 28, plus spécialement une première électrode collectrice 42 et une seconde électrode collectrice 43, sont utilisées et disposées dans cet ordre, du côté amont vers le côté aval du faisceau d'électrons, il est possible d'abaisser le potentiel de la seconde électrode collectrice 43 par rapport à la première électrode collectrice 42 pour améliorer l'efficacité générale du tube à onde progressive. In this type of collector, the outer casing 41, the collecting electrode 28 and the vertical ceramic elements which are highly heat conductive 40 are fixed in position by deforming the outer casing 41, for example by pressure molding. If, in this structure, several collecting electrodes 28, more especially a first collecting electrode 42 and a second collecting electrode 43, are used and arranged in this order, from the upstream side to the downstream side of the electron beam, it is possible to lowering the potential of the second collecting electrode 43 relative to the first collecting electrode 42 to improve the general efficiency of the traveling wave tube.
Un collecteur à deux étages 44 est illustré à la figure 9. Un faisceau d'électrons émis par le canon à électrons passe à travers le circuit à onde de retard pour amplifier le signal et est intercepté par la première électrode collectrice 42 et la seconde électrode collectrice 43. A two-stage collector 44 is illustrated in Figure 9. An electron beam emitted from the electron gun passes through the delay wave circuit to amplify the signal and is intercepted by the first collector electrode 42 and the second electrode collector 43.
Pour améliorer l'efficacité du tube à onde progressive, on employait habituellement un procédé d'abaissement du potentiel de la première électrode collectrice 42 à approximativement 50 k de celui du circuit à onde de retard et d'abaissement du potentiel de la seconde électrode collectrice 43 à approximativement la moitié de celui de la première électrode collectrice 42. Ce procédé consiste à abaisser séquentiellement le potentiel du collecteur par rapport au potentiel du circuit à onde de retard pour réduire la vitesse du faisceau d'électrons venant frapper le collecteur, de manière à abaisser l'énergie produite dans chaque électrode collectrice tout en améliorant l'efficacité générale du tube à onde progressive. To improve the efficiency of the traveling wave tube, a method was used to lower the potential of the first collector electrode 42 to approximately 50 k of that of the delay wave circuit and to lower the potential of the second collector electrode. 43 to approximately half that of the first collector electrode 42. This method consists in sequentially lowering the potential of the collector relative to the potential of the delay wave circuit to reduce the speed of the electron beam striking the collector, so to lower the energy produced in each collecting electrode while improving the general efficiency of the traveling wave tube.
En référence à la figure 9, dans le cas d'un collecteur de type à isolation interne à deux étages 39, il est nécessaire de retirer un premier fil de sortie de collecteur 45 de la première électrode collectrice 42 pour le placer en avant ou en arrière de l'enveloppe extérieure 41. Dans le cas présent, le fil de sortie du collecteur est retiré et placé en arrière de l'enveloppe extérieure 41 et il passe à travers un tube isolant 46 pour maintenir l'isolation du premier fil de sortie de collecteur 45 pour réduire la taille du collecteur. Ce tube isolant 46 est acheminé vers l'arrière du collecteur par une rainure 47 formée dans une partie de la périphérie extérieure de la seconde électrode collectrice 43, de manière à être acheminé vers le vide extérieur dans un état isolé, à partir d'une seconde ligne d'alimentation du collecteur 48. With reference to FIG. 9, in the case of a two-stage internal insulation type collector 39, it is necessary to withdraw a first collector output wire 45 from the first collector electrode 42 in order to place it in front or in rear of the outer casing 41. In the present case, the outlet wire of the collector is removed and placed behind the outer casing 41 and it passes through an insulating tube 46 to maintain the insulation of the first outlet wire of collector 45 to reduce the size of the collector. This insulating tube 46 is conveyed towards the rear of the collector by a groove 47 formed in a part of the external periphery of the second collector electrode 43, so as to be conveyed to the external vacuum in an isolated state, from a second supply line to the collector 48.
Dans cette structure, le champ électrique est inévitablement concentré dans une partie d'extrémité du tube isolant 46. Puisqu'il y a une partie en angle de la rainure 47 dans cette partie d'extrémité, un problème de détérioration de la tension de tenue est apparu entre la première ligne d'alimentation du collecteur et le potentiel de la masse. In this structure, the electric field is inevitably concentrated in an end part of the insulating tube 46. Since there is an angled part of the groove 47 in this end part, a problem of deterioration of the withstand voltage appeared between the first supply line of the collector and the ground potential.
En plus de cette structure, une demande a été formulée ces dernières années pour fournir une structure légère de petite taille facile à fabriquer destinée aux télécommunications ou au chargement dans un satellite pour abaisser le coût. In addition to this structure, demand has been made in recent years to provide a lightweight, easy-to-manufacture, lightweight structure for telecommunications or satellite loading to lower the cost.
Résumé de la description
La structure de collecteur décrit précédemment du tube à onde progressive classique est sensible aux fuites HF de la ligne d'alimentation du collecteur, de sorte que les fuites d'alimentation HF se produisent par la partie ligne d'alimentation si, dans le cas du collecteur de type à isolation interne ayant une structure coaxiale, l'adaptation d'impédance est réalisée entre la ligne d'alimentation du collecteur et l'extrémité d'entrée du collecteur.Description summary
The collector structure described above of the conventional traveling wave tube is sensitive to HF leaks from the collector supply line, so that HF supply leaks occur through the supply line part if, in the case of the type of collector with internal insulation having a coaxial structure, the impedance matching is carried out between the supply line of the collector and the input end of the collector.
Dans le même temps, le document de brevet japonais
Kokai JP-A-4-306538 (1992), par exemple, décrit un tube à onde progressive de type à cavité de couplage dans lequel un élément de pertes ayant une perte dans une zone à haute impédance et qui est conçu pour supprimer les oscillations causées par l'impédance de couplage discontinue dans la zone à haute impédance, est agencé dans la cavité. La technique classique d'insertion de cet élément de pertes est utilisées dans un système à circuit haute fréquence (cavité 49 de la figure 10), car l'élément de pertes 50 est composé d'un matériau électro-conducteur, comme représenté sur la vue en coupe de la figure 10.At the same time, the Japanese patent document
Kokai JP-A-4-306538 (1992), for example, describes a coupling cavity type traveling wave tube in which a loss element having a loss in a high impedance region and which is designed to suppress oscillations caused by the discontinuous coupling impedance in the high impedance area, is arranged in the cavity. The conventional technique of inserting this loss element is used in a high-frequency circuit system (cavity 49 in FIG. 10), because the loss element 50 is made of an electrically conductive material, as shown in the sectional view of Figure 10.
Un objet de la présente invention est par conséquent de fournir un collecteur d'un tube à onde progressive capable de maintenir des caractéristiques de résistance aux vibrations, de résistance aux chocs et de tenue en tension tout en restant capable de supprimer ou d'éliminer les fuites HF. It is therefore an object of the present invention to provide a collector of a traveling wave tube capable of maintaining characteristics of vibration resistance, impact resistance and tensile strength while remaining capable of suppressing or eliminating HF leaks.
Pour accomplir l'objet précédent, la présente invention fournit un collecteur d'un type à isolation interne d'un tube à onde progressive ayant une structure dans laquelle une électrode collectrice est supportée par une pluralité d'éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur disposés entre l'électrode collectrice et une enveloppe extérieure du collecteur, dans lequel un élément de pertes en céramique est disposé entre la surface extérieure de l'électrode collectrice et la surface intérieure de l'enveloppe extérieure du collecteur. To accomplish the foregoing object, the present invention provides a collector of an internally insulated type of a traveling wave tube having a structure in which a collecting electrode is supported by a plurality of vertical ceramic heat conducting elements disposed between the collector electrode and an outer casing of the collector, in which a ceramic loss element is arranged between the outer surface of the collector electrode and the inner surface of the outer casing of the collector.
De préférence, l'élément de pertes en céramique est de forme cylindrique (ou annulaire) et en contact au niveau des angles extérieurs de celui-ci avec l'enveloppe extérieure du collecteur. L'élément de pertes en céramique est en contact avec l'électrode collectrice au niveau de son angle intérieur diagonalement opposé à la partie en contact de celui-ci avec l'enveloppe extérieure du collecteur. Preferably, the ceramic loss element is of cylindrical (or annular) shape and in contact at the external angles thereof with the external envelope of the collector. The ceramic loss element is in contact with the collecting electrode at its internal angle diagonally opposite the part in contact thereof with the outer casing of the collector.
De préférence, l'(les) élément(s) de pertes en céramique est (sont) celui (ceux) dont la surface périphérique extérieure est revêtue d'une couche conductrice telle qu'un revêtement en graphite. Preferably, the ceramic loss element (s) is (are) that (s) of which the outer peripheral surface is coated with a conductive layer such as a graphite coating.
En ce qui concerne les différents éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur, un nombre correspondant au nombre d'électrodes collectrices moins 1 des éléments en céramique verticaux est désigné par éléments en céramique de forme cylindrique, si le nombre d'électrodes collectrices est supérieur ou égal à deux. Les éléments en céramique de forme cylindrique ont un diamètre inférieur ou égal à celui des autres éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur. With regard to the different vertical ceramic elements that conduct heat, a number corresponding to the number of collecting electrodes minus 1 of the vertical ceramic elements is designated by ceramic elements of cylindrical shape, if the number of collecting electrodes is greater or equal to two. The cylindrical ceramic elements have a diameter less than or equal to that of the other heat-conducting vertical ceramic elements.
Les éléments en céramique de forme cylindrique sont disposés dans une zone de l'électrode collectrice à partir de laquelle la chaleur est plus susceptible d'être évacuée.The cylindrical ceramic elements are arranged in an area of the collector electrode from which heat is more likely to be removed.
D'autres caractéristiques de la présente invention sont décrites dans les revendications jointes, dont le contenu est incorporé dans le présent document en tant que référence. Other features of the present invention are described in the appended claims, the contents of which are incorporated herein by reference.
Brève description des dessins
La figure la est une vue en coupe transversale d'un collecteur d'un tube à onde progressive suivant la présente invention prise le long de la ligne A-A' de la figure 1 (b), et la figure lb est une vue en coupe longitudinale prise le long de la ligne B-B' de la figure la.Brief description of the drawings
Figure la is a cross-sectional view of a collector of a traveling wave tube according to the present invention taken along line AA 'of figure 1 (b), and figure lb is a view in longitudinal section taken along line BB 'in Figure la.
La figure 2 représente les caractéristiques de transmission (S21) du collecteur d'un tube à onde progressive suivant la présente invention et les caractéristiques de transmission (S21), en l'absence d'éléments de pertes en céramique comme mode de réalisation comparatif. FIG. 2 represents the transmission characteristics (S21) of the collector of a traveling wave tube according to the present invention and the transmission characteristics (S21), in the absence of ceramic loss elements as a comparative embodiment.
La figure 3a est une vue en coupe transversale d'un second mode de réalisation suivant la présente invention prise le long de la ligne A-A' de la figure 3 (b), et la figure 3b est une vue en coupe longitudinale prise le long de la ligne B-B' de la figure la. Figure 3a is a cross-sectional view of a second embodiment according to the present invention taken along line AA 'of Figure 3 (b), and Figure 3b is a longitudinal sectional view taken along line BB 'in figure la.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale représentant une structure d'un tube à onde progressive classique du type à refroidissement par conduction. FIG. 4 is a view in longitudinal section showing a structure of a conventional traveling wave tube of the type with conduction cooling.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale représentant une structure d'un tube à onde progressive classique du type à refroidissement par air forcé. Figure 5 is a longitudinal sectional view showing a structure of a conventional traveling wave tube of the forced air cooling type.
La figure 6 est une vue en coupe longitudinale représentant une structure d'un tube à onde progressive classique du type à refroidissement par eau. Figure 6 is a longitudinal sectional view showing a structure of a conventional traveling wave tube of the water-cooled type.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale représentant un exemple de collecteur classique. Figure 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional collector.
La figure 8a est une vue en coupe transversale d'un autre collecteur classique prise le long de la ligne A-A' de la figure 8b, et la figure 8b est une vue en coupe longitudinale prise le long de la ligne B-B' de la figure 8a. Figure 8a is a cross-sectional view of another conventional manifold taken along line AA 'of Figure 8b, and Figure 8b is a longitudinal sectional view taken along line BB' of Figure 8a .
La figure 9a est une vue en coupe transversale d'une configuration de collecteur à deux étages, et la figure 9b est une vue en coupe longitudinale de la figure 9b. Figure 9a is a cross-sectional view of a two-stage manifold configuration, and Figure 9b is a longitudinal sectional view of Figure 9b.
La figure 10 est une vue en coupe transversale d'une cavité employant un élément de pertes en céramique classique. Figure 10 is a cross-sectional view of a cavity employing a conventional ceramic loss element.
Modes de réalisation préférés de l'invention
Des modes de réalisation préférés de l'invention seront expliqués par la suite. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, on prévoit un collecteur isolant intérieur du type dans lequel une électrode collectrice (2 sur la figure 1) est supportée par plusieurs éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur (3 sur la figure 1) disposés entre l'électrode et une enveloppe extérieure (4 sur la figure 1), dans lequel des éléments de pertes en céramique présentant des pertes importantes (pertes haute fréquence ou pertes diélectriques) et des propriétés d'isolation supérieures (5 sur la figure 1) sont prévues entre la surface extérieure de l'électrode collectrice (surface non éclairée par un faisceau d'électrons) et la surface intérieure de l'enveloppe extérieure du collecteur (surface en contact avec la céramique isolante) . Ces éléments de pertes en céramique peuvent être ceux dont la surface périphérique extérieure est revêtue, par exemple, d'Aquadag (7 sur la figure 1).Preferred embodiments of the invention
Preferred embodiments of the invention will be explained later. In a preferred embodiment of the present invention, there is provided an interior insulating collector of the type in which a collector electrode (2 in Figure 1) is supported by a plurality of vertical ceramic heat conducting elements (3 in Figure 1) arranged between the electrode and an outer casing (4 in FIG. 1), in which ceramic loss elements exhibiting significant losses (high frequency losses or dielectric losses) and superior insulation properties (5 in FIG. 1) are provided between the external surface of the collecting electrode (surface not lit by an electron beam) and the internal surface of the external envelope of the collector (surface in contact with the insulating ceramic). These ceramic loss elements can be those whose outer peripheral surface is coated, for example, with Aquadag (7 in FIG. 1).
De préférence, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, les éléments de pertes en céramique sont de forme cylindrique (bague annulaire), la partie diamétrale extérieure de chaque élément de pertes en céramique est en contact avec l'enveloppe extérieure du collecteur et l'angle de la partie diamétrale intérieure de l'élément de pertes en céramique disposé diamétralement opposé à la partie en contact est en contact avec l'électrode collectrice. Preferably, according to a preferred embodiment of the present invention, the ceramic loss elements are of cylindrical shape (annular ring), the external diametral part of each ceramic loss element is in contact with the external envelope of the collector. and the angle of the inner diametrical part of the ceramic loss element arranged diametrically opposite the contacting part is in contact with the collecting electrode.
Ceci permet d'obtenir un positionnement axial du collecteur tout en maintenant la résistance aux vibrations et la résistance aux chocs.This makes it possible to obtain an axial positioning of the collector while maintaining the resistance to vibrations and resistance to shocks.
Parmi les nombreux éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur, un nombre correspondant au nombre des électrodes collectrices moins 1 des éléments en céramique verticaux est désigné comme élément(s) en céramique de forme cylindrique (par exemple, creux), si le nombre des électrodes collectrices est supérieur ou égal à deux. Cet (ces) élément(s) en céramique de forme cylindrique a (ont) un diamètre (inférieur) ou égal à celui des autres éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur. Pour améliorer les caractéristiques de tenue en tension, ces éléments en céramique de forme cylindrique sont disposés, sans qu'aucune rainure ne soit formée dans le second collecteur (sur la périphérie extérieure de celui-ci), de façon à placer des tubes isolants classiques comme dans le collecteur classique. Dans le même, 1' (les) élément(s) en céramique de forme cylindrique est (sont) positionné(s) dans une zone à partir de laquelle la chaleur de l'électrode collectrice est plus susceptible d'être évacuée (ou dissipée), par exemple sur le côté opposé de la plaque de base, en cas de refroidissement par conduction, vers la plaque de base, en cas de refroidissement par air forcé, et dans une zone d'encombrement moindre de tuyaux de refroidissement par eau, en cas de refroidissement par eau forcée. Among the many vertical ceramic elements that conduct heat, a number corresponding to the number of collecting electrodes minus 1 of the vertical ceramic elements is designated as ceramic element (s) of cylindrical shape (for example, hollow), if the number of electrodes collectors is greater than or equal to two. This (these) ceramic element (s) of cylindrical shape has (have) a diameter (less) or equal to that of the other vertical ceramic elements heat conductors. To improve the characteristics of resistance to tension, these ceramic elements of cylindrical shape are arranged, without any groove being formed in the second collector (on the outer periphery thereof), so as to place conventional insulating tubes as in the classic collector. In the same, the ceramic element (s) of cylindrical shape is (are) positioned in an area from which the heat of the collecting electrode is more likely to be evacuated (or dissipated) ), for example on the opposite side of the base plate, in the case of conduction cooling, towards the base plate, in the case of forced air cooling, and in an area with less space for water cooling pipes, in case of forced water cooling.
Avec le collecteur du présent mode de réalisation de la présente invention, dans lequel des éléments de pertes en céramique aux propriétés d'isolation supérieures sont disposés en avant et en arrière du collecteur pour éviter des fuites HF par le collecteur, et dans lequel le fil d'alimentation du collecteur passe à travers les éléments en céramique verticaux conducteurs de chaleur (creux) de forme cylindrique destinés à l'isolation du collecteur, les caractéristiques de tenue en tension peuvent être améliorées, tandis qu'une résistance aux vibrations et une résistance aux chocs équivalentes à celles du système classique sont maintenues, et les fuites HF en provenance du collecteur peuvent être également évitées. With the manifold of the present embodiment of the present invention, in which ceramic loss elements with superior insulation properties are arranged in front of and behind the manifold to prevent HF leakage from the manifold, and in which the wire of the collector supply passes through the cylindrical vertical heat-conducting ceramic elements (hollow) intended for the insulation of the collector, the tensile characteristics can be improved, while vibration resistance and resistance shock equivalent to that of the conventional system are maintained, and HF leakage from the collector can also be avoided.
Modes de réalisation
En référence aux dessins, des modes de réalisation de la présente invention seront expliqués en détail.Modes of realization
With reference to the drawings, embodiments of the present invention will be explained in detail.
[Premier mode de réalisation]
La figure 1 représente une structure de collecteur d'un tube (ou guide) à onde progressive réalisant la présente invention. Plus spécialement, la figure la est une vue en coupe transversale d'un collecteur de type à isolation interne d'un tube à onde progressive et la figure lb est une vue en coupe longitudinale prise le long de la ligne B-B' de la figure la.[First embodiment]
FIG. 1 represents a collector structure of a traveling wave tube (or guide) embodying the present invention. More specifically, FIG. 1a is a cross-sectional view of a collector of the type with internal insulation of a traveling wave tube and FIG. 1b is a view in longitudinal section taken along line BB ′ of FIG. .
Selon la figure 1, un collecteur 1 d'un tube à onde progressive du présent mode de réalisation est constitué d'une électrode collectrice 2, d'éléments 3 en céramique verticaux conducteurs de chaleur, d'une enveloppe extérieure 4 pour maintenir le vide et des éléments de pertes en céramique 5 placés en avant ou en arrière de l'électrode collectrice 2. According to FIG. 1, a collector 1 of a traveling wave tube of the present embodiment consists of a collecting electrode 2, of vertical heat-conducting ceramic elements 3, of an external envelope 4 to maintain the vacuum and ceramic loss elements 5 placed in front of or behind the collecting electrode 2.
Les éléments 3 en céramique verticaux conducteurs de chaleur sont disposés (répartis) axialement sur toute la zone (circonférence) d'un espace annulaire défini entre la surface périphérique extérieure de l'électrode collectrice de forme cylindrique 2 et la surface périphérique intérieure de l'enveloppe extérieure de forme cylindrique 4. Les éléments en céramique 3 verticaux conducteurs de chaleur sont maintenus en contact avec l'électrode collectrice 2 par une bride extérieure de celle-ci de manière que les éléments en céramique 3 ne soient pas déformés à leurs extrémités axiales. Pour améliorer les caractéristiques de tenue en tension, la surface périphérique intérieure de l'enveloppe extérieure 4 est séparée au niveau des parties d'extrémité axiales, de l'élément en céramique 3 vertical conducteur de chaleur par des espaces annulaires 6, de plusieurs mm. I1 va de soi que plus cet intervalle est grand, plus le degré de concentration du champ électrique est faible et plus les caractéristiques de tenue en tension sont importantes. The vertical heat-conducting ceramic elements 3 are arranged (distributed) axially over the entire area (circumference) of an annular space defined between the outer peripheral surface of the cylindrical collecting electrode 2 and the inner peripheral surface of the outer casing of cylindrical shape 4. The vertical ceramic elements 3 heat conductors are kept in contact with the collecting electrode 2 by an external flange thereof so that the ceramic elements 3 are not deformed at their axial ends . To improve the tensile strength characteristics, the inner peripheral surface of the outer casing 4 is separated at the axial end parts, from the vertical ceramic element 3 conducting heat by annular spaces 6, of several mm . It goes without saying that the larger this interval, the lower the degree of concentration of the electric field and the greater the voltage withstand characteristics.
De même, il existe un petit intervalle axial entre les éléments en céramique 3 verticaux et l'élément de pertes 5 arrière en céramique, qui, à son tour, est fixé axialement sur un épaulement formé au niveau de l'angle périphérique extérieur de la plaque d'extrémité de l'enveloppe extérieure 4, ménageant un intervalle axial. L'élément de pertes 5 avant en céramique est axialement et radialement fixé par une bride intérieure formée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 4, tandis que l'angle diagonalement opposé de l'élément de pertes 5 en céramique est axialement fixé par la bride extérieure à l'extrémité avant de l'électrode collectrice 2. L'élément de pertes 5 arrière en céramique est radialement fixé sur une petite nervure annulaire ou sur des saillies s'étendant axialement à partir de l'extrémité arrière de l'électrode collectrice 2. Likewise, there is a small axial gap between the vertical ceramic elements 3 and the rear ceramic loss element 5, which, in turn, is axially fixed on a shoulder formed at the outer peripheral angle of the end plate of the outer casing 4, providing an axial gap. The ceramic front loss element 5 is axially and radially fixed by an internal flange formed inside the outer casing 4, while the diagonally opposite angle of the ceramic loss element 5 is axially fixed by the outer flange at the front end of the collecting electrode 2. The ceramic rear loss element 5 is radially fixed on a small annular rib or on projections extending axially from the rear end of the collector electrode 2.
Les éléments de pertes en céramique 5 de forme cylindrique (bague annulaire) sont disposés aux deux extrémités des éléments en céramique 3 verticaux conducteurs de chaleur, de sorte qu'une partie de la surface intérieure de chaque élément 5 soit en contact avec (fixé par) l'électrode collectrice 2 et que l'angle de la surface extérieure de l'élément de pertes en céramique reposant en diagonale à l'opposé de la partie en contact avec l'électrode collectrice 2 soit en contact avec (fixé par) l'enveloppe extérieure. The ceramic loss elements 5 of cylindrical shape (annular ring) are arranged at both ends of the vertical ceramic elements 3 heat conductors, so that part of the inner surface of each element 5 is in contact with (fixed by ) the collecting electrode 2 and that the angle of the external surface of the ceramic loss element lying diagonally opposite the part in contact with the collecting electrode 2 is in contact with (fixed by) l 'outer shell.
Les éléments de pertes en céramique 5 sont en alumine, etc., et leurs côtés extérieurs sont revêtus d'une couche de graphite d'Aquadag E (nom commercial de la société Nihon Atisson K.K., mélange de graphite et d'un liant aqueux). The ceramic loss elements 5 are made of alumina, etc., and their outer sides are coated with a layer of graphite from Aquadag E (trade name of the company Nihon Atisson KK, mixture of graphite and an aqueous binder) .
Après assemblage de la structure précédente de l'ensemble du collecteur, l'ensemble résultant est pressé de l'extérieur, par exemple par moulage à pression pour tenir compte de la conduction de la chaleur pour déformer l'enveloppe extérieure 4 afin de fixer les différents composants in situ. After assembly of the previous structure of the manifold assembly, the resulting assembly is pressed from the outside, for example by pressure molding to take account of the conduction of heat to deform the outer casing 4 in order to fix the different components in situ.
La figure 2 représente les caractéristiques 8 d'un circuit de transmission (S21) en mode TEM du collecteur 1 de la structure du présent mode de réalisation. La figure 2 représente, comme mode de réalisation comparatif, des caractéristiques de transmission 9 (S21) en l'absence des éléments de pertes en céramique 5. FIG. 2 represents the characteristics 8 of a transmission circuit (S21) in TEM mode of the collector 1 of the structure of the present embodiment. FIG. 2 represents, as a comparative embodiment, transmission characteristics 9 (S21) in the absence of the ceramic loss elements 5.
Comme procédé de mesure, des signaux HF ont été entrés à une extrémité incidente du faisceau d'électrons du collecteur 1 et le niveau du signal de celui-ci a été mesuré sur une borne 11 du collecteur raccordée à un fil d'alimentation de collecteur 10. As a measurement method, HF signals were input at an incident end of the electron beam from the collector 1 and the signal level of this was measured on a terminal 11 of the collector connected to a collector supply wire 10.
Comme on peut le voir à la figure 2, le niveau du signal a été amélioré d'environ 20 dB dans le présent mode de réalisation.As can be seen in Figure 2, the signal level has been improved by about 20 dB in the present embodiment.
On peut supposer que l'élément de pertes en céramique du côté avant assure des pertes de 10 dB, alors que l'élément. de pertes en céramique du côté arrière assure des pertes de 10 dB, ce qui permet d'obtenir une amélioration de 20 dB. It can be assumed that the ceramic loss element on the front side provides losses of 10 dB, while the element. ceramic losses on the rear side ensures losses of 10 dB, which allows an improvement of 20 dB.
[Second mode de réalisaffion]
Comme second mode de réalisation, un collecteur à deux étages de type à isolation interne est expliqué.[Second mode of realization]
As a second embodiment, a two-stage collector of the type with internal insulation is explained.
La figure 3 représente la structure de collecteur du second mode de réalisation de la présente invention. Figure 3 shows the collector structure of the second embodiment of the present invention.
Plus spécialement, la figure 3a est une vue en coupe transversale de la structure de collecteur et la figure 3b est une vue en coupe longitudinale prise le long de la ligne A-A' de celle-ci.More specifically, Figure 3a is a cross-sectional view of the manifold structure and Figure 3b is a longitudinal sectional view taken along the line A-A 'thereof.
Selon la figure 3, le second mode de réalisation de la présente invention comprend une première électrode collectrice 13, une seconde électrode collectrice 14, des éléments en céramique 15 verticaux conducteurs de chaleur, une enveloppe extérieure 16 pour maintenir le vide, des éléments de pertes en céramique 17, disposés en avant de la première électrode collectrice 13 et en arrière de la seconde électrode collectrice 14, un premier fil d'alimentation de collecteur 18 s'étendant de la première électrode collectrice 13 le long de la surface périphérique extérieure de la seconde électrode collectrice 14 au côté arrière du second collecteur par l'intermédiaire d'un élément en céramique 19 de forme cylindrique (creux) pour maintenir l'isolation du fil d'alimentation de collecteur. According to FIG. 3, the second embodiment of the present invention comprises a first collecting electrode 13, a second collecting electrode 14, vertical ceramic elements 15 that conduct heat, an external envelope 16 to maintain the vacuum, loss elements made of ceramic 17, arranged in front of the first collecting electrode 13 and behind the second collecting electrode 14, a first collector supply wire 18 extending from the first collecting electrode 13 along the outer peripheral surface of the second collector electrode 14 at the rear side of the second collector by means of a ceramic element 19 of cylindrical shape (hollow) to maintain the insulation of the collector supply wire.
Les premier et second éléments de pertes en céramique 17 sont axialement fixés entre des brides formées sur les électrodes collectrices 13, 14 et l'enveloppe extérieure 16. C'est-à-dire que l'élément de pertes avant 17 en céramique est fixé entre une bride faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe extérieure 16 et la bride faisant saillie vers l'extérieur à l'extrémité avant de la première électrode collectrice 13. L'élément de pertes arrière en céramique est fixé entre la bride faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe extérieure 16 et la bride extérieure à l'extrémité arrière de la seconde électrode collectrice 14. Les éléments en céramique verticaux sont axialement fixés entre deux brides extérieures des première et seconde électrodes collectrices 13, 14. The first and second ceramic loss elements 17 are axially fixed between flanges formed on the collecting electrodes 13, 14 and the outer casing 16. That is to say that the front loss elements 17 in ceramic are fixed between a flange protruding inwards from the outer casing 16 and the flange protruding outwards at the front end of the first collector electrode 13. The rear ceramic loss element is fixed between the flange making inwardly projecting from the outer casing 16 and the outer flange at the rear end of the second collector electrode 14. The vertical ceramic elements are axially fixed between two outer flanges of the first and second collector electrodes 13, 14.
Le premier fil d'alimentation de collecteur 18 est dirigé vers le vide extérieur par une première borne 20 du collecteur. De plus, un second fil d'alimentation de collecteur 21 est dirigé vers le vide extérieur par une seconde borne 22 de collecteur. The first collector supply wire 18 is directed towards the external vacuum by a first terminal 20 of the collector. In addition, a second collector supply wire 21 is directed to the external vacuum by a second collector terminal 22.
Le premier fil d'alimentation de collecteur 18 passe à travers les éléments en céramique 19 de forme cylindrique, placés à la place des éléments en céramique 15 verticaux conducteurs de chaleur, de manière à être dirigé vers le côté arrière du collecteur. Le diamètre extérieur des éléments en céramique 19 de forme cylindrique est inférieur ou égal au diamètre des éléments en ceramique verticaux conducteurs de chaleur. The first collector supply wire 18 passes through the ceramic elements 19 of cylindrical shape, placed in place of the vertical ceramic elements 15 conducting heat, so as to be directed towards the rear side of the collector. The outside diameter of the ceramic elements 19 of cylindrical shape is less than or equal to the diameter of the vertical ceramic elements which conduct heat.
Si le procédé de refroidissement du collecteur est du type à refroidissement par conduction, le collecteur est placé sur le côté opposé d'une partie d'une plaque de base où le collecteur est en contact avec un dissipateur thermique, à savoir sur le côté où la dissipation de chaleur est au niveau le plus faible. Si le procédé de refroidissement du collecteur est du type à refroidissement par air forcé ou du type à refroidissement par eau, le collecteur est placé sur le côté de la plaque de base supportant le collecteur où il n'y a aucun écoulement d'eau ou d'air, à savoir vers la plaque de base supportant le collecteur. En résumé, la position du collecteur est directement opposée à la position de refroidissement par conduction. If the collector cooling process is of the conduction cooling type, the collector is placed on the opposite side of a part of a base plate where the collector is in contact with a heat sink, namely on the side where heat dissipation is at the lowest level. If the manifold cooling process is of the forced air cooling type or the water cooling type, the manifold is placed on the side of the base plate supporting the manifold where there is no water flow or air, namely towards the base plate supporting the manifold. In summary, the position of the collector is directly opposite to the position of conduction cooling.
Le présent mode de réalisation présente l'avantage que les caractéristiques de tenue en tension, de résistance aux vibrations ou de résistance aux chocs et de conductivité thermique sont équivalentes à celles du premier mode de réalisation, même si le nombre des étages du collecteur est augmenté, assurant ainsi une conception de collecteur à étages multiples plus simple. The present embodiment has the advantage that the characteristics of voltage withstand, vibration resistance or impact resistance and thermal conductivity are equivalent to those of the first embodiment, even if the number of stages of the collector is increased , thus ensuring a simpler multistage collector design.
Il est à noter que l'Aquadag peut être appliqué non seulement sur les surfaces périphériques extérieures, mais également sur les surfaces périphériques intérieures des éléments de pertes en céramique. De plus, Aquadag peut être appliqué sur les deux surfaces des éléments de pertes en céramique si les caractéristiques de tenue en tension le permettent. It should be noted that the Aquadag can be applied not only to the outer peripheral surfaces, but also to the inner peripheral surfaces of the ceramic loss elements. In addition, Aquadag can be applied to both surfaces of ceramic loss elements if the tensile properties allow it.
Selon une autre solution, Aquadag peut être appliqué à une partie des surfaces des éléments de pertes en céramique en fonction de l'importance des fuites HF. According to another solution, Aquadag can be applied to part of the surfaces of the ceramic loss elements depending on the extent of the HF leaks.
Les effets méritoires de la présente invention sont récapitulés ci-dessous. The meritorious effects of the present invention are summarized below.
Suivant la présente invention, tel que décrit précédemment, on peut proposer un collecteur de type à isolation interne dans lequel, en plaçant des éléments de pertes en céramique sur le collecteur, les fuites HF du collecteur peuvent être évitées et le réglage de position axiale peut également être obtenu, tout en maintenant une résistance aux vibrations et une résistance aux chocs équivalentes à celles du système classique, et cependant les caractéristiques de tenue en tension peuvent être améliorées. According to the present invention, as described above, an internal insulation type collector can be proposed in which, by placing ceramic loss elements on the collector, HF leaks from the collector can be avoided and the adjustment of the axial position can also be obtained, while maintaining a vibration resistance and an impact resistance equivalent to those of the conventional system, and yet the characteristics of tensile strength can be improved.
De plus, suivant la présente invention, les caractéristiques de tenue en tension et de conductivité thermique peuvent être maintenues en réalisant une conception collectrice multi-étagée compte tenu de l'agencement des fils d'alimentation du collecteur. In addition, according to the present invention, the characteristics of voltage withstand and thermal conductivity can be maintained by producing a multi-stage collector design taking into account the arrangement of the supply wires of the collector.
La présente invention peut être utilisée en combinaison avec d'autres structures et éléments des dispositifs classiques autres que les caractéristiques spécifiques de la présente invention. Ainsi, l'ensemble de la description relative à l'art antérieur est également incorporé par référence dans la description de la présente invention. The present invention can be used in combination with other structures and elements of conventional devices other than the specific features of the present invention. Thus, all of the description relating to the prior art is also incorporated by reference in the description of the present invention.
En outre, toute combinaison arbitraire des caractéristiques et/ou éléments décrit(e)s peut être effectuée en restant dans l'esprit de la présente invention, indépendamment de la place de la description comprenant les revendications. In addition, any arbitrary combination of the features and / or elements described can be carried out while remaining in the spirit of the present invention, regardless of the place of the description comprising the claims.
On notera que d'autres objets de la présente invention sembleront évident à la lecture de l'ensemble de la description et que des modifications peuvent être apportées sans sortir de la substance et du cadre de la présente invention tel que décrits dans le présent document. It will be noted that other objects of the present invention will seem obvious on reading the entire description and that modifications can be made without departing from the substance and the scope of the present invention as described in the present document.
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